太阳电池实用化最新进展

太阳能是取之不尽、用之不竭的干净而无公害的能源,是人类今后寄以重大希望的理想能源。现在,美国正在建设大规模太阳能发电站,日本也在建设使用非晶硅太阳电池的试验电站。但是,真正使太阳电站能得到推广普及,关键在于太阳电池的实用化,即解决降低价格和提高效率等技术课题。当前,以NEDO(新能源产业技术综合开发机构)为中心的日本科技力量,正在加紧工作,并且在非晶硅太阳电池技术开发方面,向实用化迈出了一大步,本文将介绍这方面的最新进展。     

高效率长寿命砷化镓太阳电池

最近日本三菱电机公司LSI研究所,用MOCVD法(有机金属化学气相淀积法)研制成功高效率长寿命砷化镓太阳电池。其光电转换效率平均达到20%,最高达到21.9%。这种太阳电池具有很好的抗辐照性能,适于宇航中使用。在放射性辐照下,10年后它仍能保持输出功率83%(以前常用于卫星的硅太阳电池,平均光电转换效率为14%,放射线辐照10年后保持输出功率70%)。该电池结构及输出特性示于图1—2。     

砷化镓量子点太阳电池及材料的研究现状

介绍了目前砷化镓量子点太阳电池的研究现状,主要包括:量子点太阳电池理论分析、量子点结构材料生长与性能表征、量子点太阳电池器件结构设计与制备技术三方面。此外,在对目前研究中所存在的难点问题进行分析后,认为制备高质量的量子点结构材料以及优化量子点太阳电池结构设计是目前获得高性能量子点电池的关键。     

空间三结砷化镓太阳电池位移损伤效应研究

对金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD)生长的三结砷化镓太阳电池进行高能电子和质子辐照试验,获得太阳电池的短路电流、开路电压、最大输出功率辐射衰减数据。发现不同能量电子和质子对太阳电池的辐射衰减系数,可利用电子或质子的位移损伤剂量关联起来。利用该关系对中星10号卫星的三结砷化镓太阳电池阵在轨辐射衰退进行预测,发现太阳电池阵在轨输出功率与地面模拟预测数据基本吻合。研究结果可为空间辐射环境中应用的三结砷化镓太阳电池冗余设计提供参考数据。     

高轨卫星三结砷化镓太阳电池阵抗辐射设计

分析空间辐射效应对三结砷化镓（TJ-GaAs）太阳电池阵的影响,结合地面试验结果对太阳电池阵进行抗辐射设计,并在某倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星上进行验证。通过对在轨卫星5 a的遥测数据分析,得出太阳电池阵输出功率因辐射效应造成的衰减规律,最后与设计方案进行比较,有效验证了抗辐射设计的数学模型,可为其他中高轨道卫星太阳电池阵的设计提供参考。     

大面积高效率空间用三结砷化镓太阳电池的研究

通过在电池中引入布拉格反射器,提高电池抗带电子辐照能力,经辐照后使电池最大功率平均衰减小于18%。优化上电极栅线结构,当金属栅线面积占电池面积的3.0%时,电池平均短路电流为456.2mA。优化TiO_x/AlO_x双层减反射膜结构,短波300~500nm范围内电池表面反射率小于30%。采用以上结构最终制备出面积为26.8cm~2的空间用三结砷化镓太阳电池,批产平均转换效率为29.61%,最大转换效率30.15%。     

空间用三结砷化镓太阳电池激光划片技术研究

以空间用三结砷化镓太阳电池激光划片为研究对象,对激光光源、功率、脉冲频率、划片速度等参数进行试验研究。研究结果表明:选用功率4 W、频率120 k Hz的355 nm紫外激光光源,采用50 mm/s的切割速度,对三结砷化镓太阳电池有良好的划片效果,切割宽度约14μm、深度约195μm,为激光切割技术用于三结砷化镓太阳电池的批量生产提供可能。     

砷化镓基系III-V族化合物半导体太阳电池的发展和应用(9)

正4.3半导体键合技术(SBT)制备的四~五结叠层聚光电池2014年9月,德国Fraunhofer太阳能系统研究所等单位报道,他们采用SBT研制的四结叠层GaInP/Ga As//GaInPAs/GaInAs聚光电池在324倍AM 1.5D光强下,达到了当前国际最高电池效率46.5%(5.42 mm~2)~[2]。四结电池分两步制备。首先在GaAs(晶格常     

三结砷化镓聚光太阳电池电学特性的研究与仿真

聚光太阳系统将多结太阳电池与聚光器组合在一起,具有较高转换效率。本文基于单二极管模型等效电路,建立三结聚光Ga In P/Galn As/Ge叠层太阳电池的数学模型,研究不同聚光倍数下(200~1000X)电池的电学特性,并与实测值进行对比。结果表明:其开路电压、短路电流和电池功率随聚光比的逐步增大而增加,而电池效率随聚光比的升高呈先增后减趋势。实测值均小于理论值,计算误差随聚光比的增加而变大,最大计算误差不超过7.5%。     

下一代电化学储能技术国际发展态势分析

全球碳中和大背景下,国际能源格局从化石能源绝对主导朝着低碳多能融合发生转变,储能技术作为推动可再生能源从替代能源走向主体能源的关键技术越来越受到业界高度关注.对比分析了美国、欧盟、日本等主要国家和地区的电化学储能技术战略布局、项目部署和重点示范项目情况.随着我国承诺2030碳达峰、2060碳中和目标,我国政府对电化学储...     

脉冲激光束制备镓铝砷-砷化镓太阳电池的欧姆接触

欧姆接触是器件工艺重要环节之一,人们在这方面进行了许多研究。对太阳电池来说,欧姆接触极为重要,它影响短路电流、填充因子等等,它直接对电池效率产生影响。迄今为止,镓铝砷-砷化镓太阳电池上的欧姆接触合金化仍是用加热方法来完成的。近年来,国内外都在研究用脉冲激光束来制备欧姆接触,其比接触电阻值已与加热合金化方法所得结果相当。和加热合金化方法相比,用脉冲激光束合金化还有下述优点:     

砷化镓基系Ⅲ-V族化合物半导体太阳电池的发展和应用(8)

正4 Ⅲ-V族化合物电池研发的新动向4.1含Ga In NAs(Sb)晶格匹配的三~五结叠层聚光电池前文介绍在研发与Ga As晶格匹配的1 e V带隙的Ga In NAs材料时遇到了困难,这一问题在2011年终于取得了突破。据Solar Junction公司报道,他们制备了高质量的稀N含量Ga In NAs(Sb)分子束外延材料,并成功研制了Ga In P/Ga As/Ga In NAs(Sb)三结叠层电池。经     

太阳电池发展简史

1815年第一次发现硒。 1822年制备出纯硅。 1839年在电解质中发现了光生伏打效应。 1873年发现硒的光电导效应。 1875年制备出点接触整流器。 1876年发现硒的光生伏打效应。 1882年制成硒光生伏打电池。 1903年发现Cu-Cu_2O光敏特性。 1913年发现光伏效应与势垒层有关。 1918年从熔体中生长出单晶。 1920年制成Cu-Cu_2O整流器。 1928年制成Cu-Cu_2O光生伏打电池。 1929年建立了固体能带理论;第一次论证了太阳电池可以直接把阳光变成电。 1930年建立了势垒电池理论,用硒光电池作检流计。     

砷化镓基系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳电池的发展和应用(2)

<正>1 Ga As材料和太阳电池的特点以Ga As为代表的III-V族化合物半导体太阳电池为什么能取得高效率呢?这与它们材料的特性,以及所构成的太阳电池器件的结构有关。1)Ga As是一种典型的III-V族化合物半导体材料,具有与Si相似的闪锌矿立方晶系结构,不同的只是Ga和As原子交替占位。Ga As具有直接能带隙,其带隙宽度Eg为1.42 e V(300 K),     

砷化镓基系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳电池的发展和应用(4)

<正>进一步提高太阳电池效率最现实、最有效的途径是形成多结叠层聚光电池。这里以三结叠层电池为例来说明叠层电池的工作原理。选取3种半导体材料,如Ga In P、Ga In As和Ge,它们的带隙依次为Eg1=1.7 e V、Eg2=1.18 e V和Eg3=0.67e V,Eg1Eg2Eg3,将这3种材料分别制备出3个子电池,然后按Eg的顺序,从大到小将这3个     

砷化镓基系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳电池的发展和应用(7)

<正>2014年,天津三安光电公司报道,他们成功研发了晶格应变三结叠层GaInP/GaInAs/Ge高倍聚光电池,并进行了规模生产,聚光电池效率达到40%~41%。在青海神光格尔木建立了50 MW高倍聚光光伏电站,在青海日芯建立了60 MW高倍聚光光伏电站~([29])。3.3.3反向应变GaInP/GaAs/GaInAs三结叠层聚光电池改善GaInP/GaAs/Ge叠层电池能带匹配的     

砷化镓基系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳电池的发展和应用(1)

介绍以直接带隙Ⅲ-Ⅴ族材料为主体的多结叠层聚光太阳电池的特性和研发进展。据报道,三结叠层GaInP/GaAs/Ge太阳电池已成为空间能源的主力军,四结叠层GaInP/GaAs/GaInPAs/GaInAs聚光太阳电池的效率已达46.5%。在不远的将来,实现高效(50%)、低成本的Ⅲ-Ⅴ族多结叠层聚光电池是有现实可能的。     

砷化镓基系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳电池的发展和应用(3)

<正>2GaAs单结太阳电池2.1 AlxGa1-xAs/GaAs单结太阳电池在上世纪60年代,人们由Ga As材料的优良性质预见到,GaAs太阳电池能获得高的转换效率。但是初期用研制Si太阳电池的扩散p-n结方法来研制GaAs太阳电池并未获得成功。原因是GaAs材料的表面复活速率大,大部分光生载流子被表面复合中心复活,不能形成光生电流。     

砷化镓基系Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体太阳电池的发展和应用(6)

<正>1997年Olson等提出采用Ga_(1-x)In_xN_(1-y)As_y四元系材料来研制第三结子电池,因为这是化合物半导体材料中,唯一一种可通过调节x、y值(Ga_(0.93)In_(0.07)N_(0.023)As_(0.977)),既能得到约1 eV的带隙,又与GaAs晶格匹配的材料[24]。但是,带隙为1 eV的窄带隙Ga_(1-x)In_xN_(1-y)As_y材料的质量差,与N相